基于多体系统意义下的机车车辆虚拟样机研究

论文摘要

针对产品设计中存在的问题和现有的虚拟样机研究中存在的不足，本论文以普遍到特殊的观点，按照虚拟样机的研究思路，在考虑基于机械多体系统的产品设计基础上，以机车车辆为研究对象，详细研究了机车车辆从产品设计自动化—获得样机模型—基于多体系统的分析模型提取—多体系统分析模型映射为数字化的可视模型—再映射到性能分析模块进行分析并获得结果以指导设计的整个过程，主要研究了以下内容： （1） 综述虚拟样机的研究状况和铁路机车车辆虚拟样机的现状，针对当前机车车辆产品设计过程中的不足和虚拟样机研究中的问题，提出本文的研究思路。 （2） 机车车辆虚拟样机的体系结构研究。侧重从自主研究的角度，对机车车辆产品设计和分析进行深入探讨，建立机车车辆虚拟样机初步结构框架，并提出总体思路； （3） 机车车辆虚拟样机模型的设计自动化技术研究。以机车车辆的一些主要结构部件为对象，对这些部件进行设计自动化相关技术研究，获得一套通用的技术方法，以高效地获得样机模型； （4） 机车车辆基于多体系统的动力学模型属性自动提取研究。为了获取模型的准确性，将CAD与多体系统分析相关数据关联起来，提出一个一体化的解决思路，并进行相关技术的深入研究； （5） 多体系统模型抽象及定义。根据抽取的模型，对多体系统结构按照几何和物理模型进行抽象、过渡和分解，并向模型求解进行初步映射； （6） 多体系统模型可视化研究。针对多体系统的动力学模型，建立可视化的计算机模型，并对多体系统运动学、动力学自动建模求解进行初步研究； （7） 机车车辆虚拟样机平台实践及工程实例研究。综合各种开发的软件，构建机车车辆虚拟样机工程平台，并以某车辆为实例，进行分析研究，以获得本研究的最终结果。 综合这些研究，开发了相关的软件原型CAXA-VEHICLE，VIRTUALMBS和Solidwork-bogie。 通过以上研究，初步探明了机车车辆从产品原型到性能分析综合集成和产品设计过程一体化的理论和方法，体现了产品设计的渐进过程，从而为研制机车车

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 引言
• 1.2 虚拟样机技术的概念、内涵及研究内容
• 1.2.1 虚拟样机技术的概念和含义
• 1.2.2 机械系统虚拟样机研究的内容
• 1.3 虚拟样机技术的国内外研究状况分析
• 1.4 铁路机车车辆产品设计存在的问题和解决办法
• 1.5 铁路机车车辆虚拟样机在国内的研究现状
• 1.6 本文的研究内容
• 1.6.1 所研究内容的主要问题描述
• 1.6.2 论文研究的内容
• 第2章 机车车辆虚拟样机平台结构研究
• 2.1 机车车辆虚拟样机的自主研究思路
• 2.2 “机车车辆系统虚拟样机平台”的体系结构
• 2.3 机车车辆虚拟样机工程各模块功能要求分析
• 2.4 机车车辆虚拟样机的技术思路
• 2.5 小结
• 第3章 面向VP的机车车辆虚拟样机模型自动化设计
• 3.1 机车车辆虚拟样机模型设计自动化实现思路
• 3.2 设计自动化关键技术
• 3.2.1 车辆模块化设计技术
• 3.2.2 参数化设计技术
• 3.2.3 数据库访问技术
• 3.2.4 SolidWorks二次开发技术
• 3.3 部件设计自动化
• 3.4 装配设计自动化
• 3.5 小结
• 第4章 面向虚拟样机设计的产品性能属性提取研究
• 4.1 基于CAD的虚拟样机模型性能设计思想
• 4.2 产品性能分析对虚拟样机模型的具体要求
• 4.3 基于CAD的虚拟样机模型性能设计解决方案
• 4.4 基于CAXA的虚拟样机性能属性的提取
• 4.4.1 CAXA模型空间对机械多体系统的位置关系属性的提取
• 4.4.2 机械多体系统组件的属性提取
• 4.5 机车车辆虚拟样机性能属性提取的过程及实现
• 4.5.1 样机模型构件性能属性提取过程
• 4.5.2 样机模型构件性能属性提取技术实现
• 4.5.3 实例验证
• 4.6 基于CAE分析的属性提取
• 4.7 虚拟样机一体化模型的构成
• 4.8 小结
• 第5章 面向虚拟样机设计的多体系统分析可视化技术
• 5.1 基于虚拟原型的多体模型向多体系统可视化建模系统的过渡
• 5.2 机械多体系统在可视化空间的面向对象表达
• 5.2.1 对象的表达
• 5.2.2 对象的建立和操作
• 5.2.3 基于笛卡尔坐标系的约束类型数学表达
• 5.3 机械多体系统建模可视化
• 5.4 机车车辆多体系统建模可视化
• 5.5 建模可视化平台实现的几个关键技术
• 5.5.1 技术思路
• 5.5.2 面向对象的三维可视化建模引擎和模型交互
• 5.5.3 基于面向对象的模型保存
• 5.5.4 面向动力学计算的模型传递
• 5.6 多体系统分析
• 5.7 小结
• 第6章 机车车辆虚拟样机建模实例研究
• 6.1 虚拟样机综合仿真平台
• 6.2 机车车辆多体系统分析及实现流程
• 6.3 机车车辆虚拟样机实例分析
• 6.4 小结
• 第7章 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和参与的项目